脱硝装置入口NOx质量浓度控制策略

陈树科，余盛杰，薛森贤

(珠海金湾发电有限公司，广东 珠海　519050)

脱硝装置入口NOx质量浓度控制策略

陈树科，余盛杰，薛森贤

(珠海金湾发电有限公司，广东 珠海519050)

摘要：针对火电机组“近零排放”要求，通过变氧量试验、分离燃尽风(SOFA)风门开度试验以及煤种试验，掌握了影响脱硝装置入口NOx质量浓度的因素，提出了修改氧量控制函数、优化SOFA风门开度、合理搭配煤种等措施，可为同类机组的运行调整提供参考。

关键词：脱硝装置；NOx；氧量；分离燃尽风；煤种

1机组概况

珠海金湾发电有限公司锅炉采用的是上海锅炉厂生产的超临界螺旋管圈、一次中间再热、平衡通风、四角切圆燃煤直流炉。燃烧方式采用最新引进的低NOx同轴燃烧系统(LNCFS)，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。主风箱设有6层强化着火煤粉喷嘴，在主风箱上部设有2 层紧凑燃尽风(CCOFA)喷嘴，主风箱最上层还布置有5层可水平摆动的分离燃尽风(SOFA)喷嘴。机组脱硝采用高灰型选择性催化还原(SCR)烟气脱硝工艺，脱硝装置的烟道及反应器位于锅炉高温省煤器后低温省煤器和空气预热器前，处理100%的烟气量。

2控制脱硝装置入口NOx质量浓度的意义

2.1脱硝装置效率的限制

喷氨控制基于固定出口NOx质量浓度控制方式，采用了控制脱硝效率的方式(NOx的设定则依据入口NOx质量浓度按脱硝效率进行计算)，主要考虑催化剂的性能[1]。按照“近零排放”的要求，机组NOx排放质量浓度的小时平均值要求控制在50 mg/m3以内。目前脱硝装置的最高效率能达到85%，要达到“近零排放”标准，脱硝装置入口NOx质量浓度小时均值不能超过334 mg/m3。

2.2喷氨量过大可能会造成低温省煤器和空气预热器堵塞

由于上述的喷氨控制逻辑，当脱硝装置入口NOx质量浓度过高时，为了控制NOx排放质量浓度，就必须喷入更多的氨，泄漏的氨也会相应增加，存在堵塞低温省煤器和空气预热器的风险。

2.3脱硝装置反应有一定的滞后

脱硝系统存在明显的NOx反应器催化剂反馈滞后和NOx分析仪响应滞后问题。从烟气到烟气监测(CEMS)仪表测量有一定的延时，从喷氨到发生还原反应有2 min的延时，从SCR装置出口NOx到烟囱排放NOx有1min的延时。脱硝装置入口NOx质量浓度过高时，由于一系列的延时作用，排放有可能超标。

3脱硝装置入口NOx质量浓度影响因素试验

在同一负荷、同一煤质下，通过调整氧量、SOFA风门开度及二次风风箱压差来分析NOx变化趋势，找到其变化规律，在不同的煤质下进行验证。

3.1变氧量试验

在同一种煤质下，以省煤器出口氧量为控制参数，通过改变送风机入口动叶开度实现总风量变化，以确定锅炉的最佳过剩空气系数。不同负荷下的变氧量试验结果如图1所示。

图1　不同负荷下的变氧量试验

从试验结果可知，在600 MW负荷段，省煤器出口氧从3.3%降至2.9%时，NOx质量浓度降低较为明显。在400 MW负荷段，省煤器出口氧量从4.2%降至3.0%时，NOx排放质量浓度逐渐降低，且降低较为明显。在300 MW负荷段，省煤器出口氧量从6.6%降至4.6%时，NOx排放质量浓度降幅较大。

表1　600 MW负荷，氧量2.8%，改变SOFA风门开度，A/B侧NOx变化情况

表2　400 MW负荷，氧量4.0%，改变SOFA风门开度，A/B侧NOx变化情况

表3　300 MW负荷，氧量5.3%，改变SOFA风门开度，A/B侧NOx变化情况

3.2SOFA 风门开度试验

氧量一定，在原有函数的基础上对SOFA1～SOFA5 进行一定的偏置，改变SOFA 风门开度，二次风风箱和炉膛的压差按原有函数不做任何偏置。通过SOFA风门开度的变化，掌握SOFA 风门开度对NOx排放质量浓度的影响，试验结果见表1～3。

从表1可以看出，随着SOFA4 和SOFA5开度的增加，NOx质量浓度逐渐降低，当SOFA4 加40%偏置，SOFA5 加30%偏置时，A，B侧NOx质量浓度最低为165，175 mg/m3。随着SOFA风门开度的增大，在炉膛压差不变的情况下，辅助二次风及偏转二次风风门开度变小，周界风风门开度不变，相当于流经炉膛主燃烧器区域的风量减小，炉膛上部风量增加，炉膛主燃烧器区域风量增大，降低NOx质量浓度效果较为明显。

从表2可以看出，通过增加SOFA2和SOFA3开度，对降低NOx质量浓度效果不明显，而通过增SOFA4和SOFA5开度则效果较好。

从表3可以看出，通过增大SOFA4和SOFA5开度可以将NOx质量浓度降低70 mg/m3左右，效果明显。

3.3二次风箱与炉膛差压对NOx排放的影响

炉膛与大风箱压差变化对NOx排放的影响较小，在5%以内。在SOFA，CCOFA 及周界风开度不变的情况下，炉膛与大风箱压差变化，主要改变了辅助风风门的开度，影响了主燃烧区域二次风风量分配和上部燃尽风区域风量分配。压差增大，上部燃尽风风量增大，NOx排放质量浓度会降低，但效果有限。

3.4不同煤种对NOx排放的影响

煤燃烧过程中产生的NOx主要为燃料型NOx，由于燃料型NOx的生成和控制十分复杂，因而影响NOx生成的因素很多，主要包括煤的挥发分、灰分、氮含量及水分等。

从表4可以看出，煤种1水分低、灰分高、挥发分相对较高且其氮含量也较高，该煤种收到基氧/收到基氮比值最低。实际试验结果显示，在各负荷段下，该煤种NOx排放质量浓度均最高，可以初步判断煤的成分对NOx排放影响较为明显。

试验结果显示，各煤种的NOx排放质量浓度从高到低分别为：煤种1>煤种2>煤种6>煤种5>煤种4。

4降低脱硝装置入口NOx质量浓度的方法

4.1优化省煤器出口氧量设定

从变氧量试验可知，氧量对NOx的生成影响是非常大的。在300 MW 低负荷下，省煤器出口氧为6.6%时，NOx排放质量浓度达到340 mg/m3，当氧量降至4.6%时，NOx排放质量浓度降至230 mg/m3，降低了110 mg/m3，效果明显。在600 MW负荷下，省煤器出口氧量从3.3%降至2.9%时，NOx排放质量浓度降低较为明显，随着省煤器出口氧量的进一步降低，NOx变化趋势较为平缓，NOx排放质量浓度降低不明显，而且氧量过低会影响燃烧安全。合理的氧量设定对降低NOx排放质量浓度是有效的。

根据试验结果，对原有的氧量函数进行修改，得出了新的氧量控制函数。从表5可以看出，同一负荷下，新的氧量有不同程度的下降。

4.2优化SOFA 风门开度

从SOFA 风门开度试验结果可知(见表6)，SOFA1～SOFA3开度对降低NOx质量浓度效果不明显，而增大SOFA4，SOFA5开度则效果较好，这是由于SOFA1～SOFA3风门开度本身比较大，而SOFA4，SOFA5原开度较小。SOFA4，SOFA5风量的增大，降低了主燃烧器区域氧量，有利于高度方向的燃烧分级，故可明显降低NOx的生成。

表4　试验煤种特性

表5　优化前、后的氧量设定

表6　优化后的SOFA风门开度

根据试验结果，SOFA1～SOFA3开度不做修改，根据不同负荷，在原有函数的基础上对SOFA4，SOFA5的开度进行了不同程度的偏置，运行效果良好。

4.3合理搭配煤种

从试验结果看，NOx排放质量浓度和煤中N元素质量分数成正比，即煤中N元素质量分数越大，NOx排放质量浓度也越高。当然和煤种灰分也有一定的关联性，即煤中灰的质量百分比越高其NOx排放质量浓度也越高。对于低水分、高灰分的煤种，其NOx排放质量浓度较高。收到基碳与干燥无灰基挥发分之比增大时，NOx排放质量浓度呈降低的趋势。通过观察总结，找到合适的配煤比例及燃烧组合，可以降低脱硝装置入口NOx质量浓度。

5结束语

通过优化省煤器出口氧量设定、SOFA 风门开度并合理搭配煤种，是可以控制脱硝装置入口NOx质量浓度的。脱硝装置入口NOx质量浓度降低，减轻了脱硝装置运行压力，延长了设备寿命；同时，减少了喷氨量，降低了运行成本，提高了经济性。

参考文献：

[1]毛奕升.烟气脱硝喷氨自动控制回路的优化[J].华电技术,2014，36(8)：65-67.

(本文责编：刘芳)

收稿日期:2015-09-24；修回日期:2016-04-11

中图分类号：X 701

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)04-0051-03

作者简介：

陈树科(1984—)，男，广东廉江人，集控运行主值，助理工程师，从事电厂运行工作(E-mail:csk198426@126.com)。